船舶氣電立焊工藝與參數(shù)控制

許小平

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050)

船舶氣電立焊工藝與參數(shù)控制

許小平

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430050)

隨著我國船舶制造領(lǐng)域步伐的加快，大型分段焊接合攏工程也隨之增加，厚板垂直焊縫采用EGW技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工焊接，在質(zhì)量提高的同時，生產(chǎn)效率提高了十幾倍。以圖解形式介紹EGW工作原理、設(shè)備構(gòu)造，闡述了在EGW焊接中襯墊形式、工藝參數(shù)、焊絲對接頭質(zhì)量的影響及控制。

氣電立焊；大合攏工程

0 前言

氣電立焊EGW(Electrogas Welding)是20世紀(jì)80年代初由普通的熔化極氣體保護(hù)焊和電渣焊發(fā)展而形成的一種熔化極氣體保護(hù)電弧垂直對接焊方法，其能量密度比電渣焊高，而焊接技術(shù)基本相同，主要應(yīng)用于天然氣、石油化工、電力、造船等行業(yè)的大型儲罐安裝、容器制造、船舶制造等的縱向立焊縫的自動焊接，單面一次成形厚度最大可達(dá)46 mm，焊接工效相對于傳統(tǒng)的焊條電弧焊可提高10～20倍。

(1)氣電立焊原理。

氣電立焊機(jī)是通過焊接電弧電壓信號反饋調(diào)節(jié)焊接電流，焊接電流信號反饋來控制焊絲干伸長和焊接小車自動提升的一種專用焊接設(shè)備。它利用類似于電渣焊所采用的移動式水冷銅滑塊擋住焊縫正面熔融的金屬，背面采用固定式水冷銅墊板封底，強(qiáng)迫焊縫成形，以實(shí)現(xiàn)立縫向上位置的焊接，保護(hù)氣體為CO2。氣電立焊在焊接電弧和熔滴過渡方面類似于普通熔化極氣體保護(hù)焊，而在焊縫成形和機(jī)械系統(tǒng)方面又類似于電渣焊。單絲氣電立焊原理如圖1所示。氣電立焊與電渣焊的主要區(qū)別在于熔化金屬的熱量是電弧熱而不是熔渣的電阻熱。板的厚度在12～80 mm最適宜。

(2)氣電立焊的特點(diǎn)。

工藝過程穩(wěn)定、操作簡便、焊縫質(zhì)量優(yōu)良(見圖2)、生產(chǎn)效率比焊條電弧焊高10倍以上，因此這種方法在船體焊接應(yīng)用中不斷發(fā)展，現(xiàn)在已具備單絲、雙絲(見圖3)兩種送絲方式。主要根據(jù)所焊船體的板厚來確定采用單絲還是雙絲，圖4為如何根據(jù)板厚范圍來確定送絲數(shù)；雙絲焊時，第一根焊絲需要沿焊縫的熔深方向進(jìn)行擺動。

1 氣電立焊工藝要點(diǎn)

(1)焊縫背面墊板(相對焊機(jī)操作臺)。

焊縫背面墊板有三種形式：背面采用陶瓷襯墊，正面采用水冷銅滑塊強(qiáng)制成形；焊縫雙面均采用水冷銅滑塊強(qiáng)制成形；無需外加氣體，采用自保護(hù)藥芯焊絲單面水冷銅滑塊強(qiáng)制成形(注意：三種方法的焊接材料都有所區(qū)別)。

(2)氣電立焊關(guān)鍵參數(shù)的控制。

氣電立焊的焊接位置垂直或接近于垂直方向，電弧軸線方向與母材熔深方向成直角，熔化的焊絲金屬堆積疊加，熔池不斷水平上移形成焊縫，其熔深產(chǎn)生所需熱量的傳遞方式與其他電弧焊有所不同。氣電立焊焊接電弧產(chǎn)生的熱量主要流向三個方向：熔化焊絲、熔化母材、滑塊吸收。

a.母材坡口截面積控制。它是影響熔深的主要參數(shù)之一，熔深反映了坡口兩側(cè)母材的熔化量，直接決定焊接質(zhì)量。增加坡口截面積就增加了焊接線能量，增加熔深。熔深的大小由熔池過熱金屬的過熱度即溫度梯度決定；影響熔池熔融金屬過熱度的因素也就是影響熔深大小的因素。

b.線能量控制。一般電弧焊焊接線能量E＝IU／vw；氣電立焊焊接時，采用等速送絲、大電流密度、較高的電弧電壓，其送絲速度等于熔化速度正比于向坡口填充金屬的速度，經(jīng)推導(dǎo)可得焊接線能量E＝kiUS(ki為焊絲熔化系數(shù)，S為坡口截面積)。增加電弧電壓可增加焊接線能量。

c.冷卻速度控制。

當(dāng)焊接規(guī)范和坡口參數(shù)確定后，焊絲和母材吸熱可以認(rèn)為是不變的，而強(qiáng)制成形的銅滑塊吸熱，則隨冷卻介質(zhì)水變化較大。水溫度和流量對吸熱影響很大，低水溫和大流速帶走的熱量遠(yuǎn)大于高水溫低流速的情況，所以在焊接厚板時應(yīng)減少水流量；焊接薄板時可增加水流量；通過調(diào)節(jié)水流量來調(diào)節(jié)熔池的冷卻速度可有效控制熔深大小。

由于氣電立焊熔池與普通未受約束的焊接熔池狀態(tài)不同，熔深的形成方式和影響熔深的因素也不同。

兩種厚板EGW焊接工藝如表1所示。

(3)幾種實(shí)用的焊接材料。

a.目前國內(nèi)用量較大的是神戶制鋼公司生產(chǎn)的DWS-43G和DWS-60G型藥芯焊絲，具有電弧穩(wěn)定、飛濺小、氣渣保護(hù)好、焊縫質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。使用時，應(yīng)在焊縫背面配用KL-4GT型陶瓷襯墊，在襯墊表面覆蓋一層玻璃布，可使襯墊與鋼材緊密相貼，防止跑渣。在襯墊的背面還有一塊鋼板，便于在裝配襯墊時用鋼楔子將襯墊與鋼板壓緊，避免陶瓷襯墊破碎。

b.自保護(hù)自動立焊焊絲一般采用林肯(Lincoln)公司NR431藥芯焊絲。自動立焊工藝大都在露天或高空場合施工，在有大風(fēng)的情況下，自保護(hù)焊可以不受風(fēng)的影響而停止施工。另外，目前自保護(hù)立焊設(shè)備的價格也比氣保護(hù)立焊設(shè)備的價格低得多。

表1 典型EGW焊接工藝參數(shù)

2 氣電立焊設(shè)備

(1)氣電立焊設(shè)備主要組成。

氣電立焊設(shè)備主要由攜焊機(jī)頭升降的機(jī)械系統(tǒng)；快速送絲系統(tǒng)；水冷強(qiáng)迫成型系統(tǒng)；焊接電源及供(保護(hù))氣系統(tǒng)；焊槍及焊槍擺動控制系統(tǒng)；焊接過程自動控制系統(tǒng)等組成，如圖5、圖6所示。

圖5 氣電立焊設(shè)備示意

(2)船體氣電自動立焊機(jī)的要求。

氣電自動焊最適用于船體總段大合攏縫的焊接(見圖7)，多個永磁體吸盤將鋁合金齒條軌道固定在船體鋼板上，其軌道可以接長數(shù)十米。焊機(jī)的整體機(jī)架內(nèi)具有自動提升機(jī)構(gòu)和自動鎖定裝置，便于船體立縫焊接時的高空作業(yè)，使操作安全可靠，使焊接熔池始終處于最佳觀察狀態(tài)。

另外，送絲系統(tǒng)控制箱、焊接電源、循環(huán)冷卻器等都安裝在焊機(jī)整體機(jī)架內(nèi)，與被焊物體較近，故各配套線管大為縮短，有利于焊前準(zhǔn)備和設(shè)備操作，也便于安裝運(yùn)輸；焊接控制系統(tǒng)中設(shè)置了電壓、電流傳感器，能自適應(yīng)焊接坡口變化。

設(shè)置了供氣控制傳感器和循環(huán)冷卻水壓指示調(diào)節(jié)器，能保證焊接質(zhì)量控制。

瑞典ESAB公司采用懸掛在焊縫頂部的牽引電機(jī)的動鏈條牽引機(jī)頭上升的方案，既節(jié)省了磁力軌道和裝卸工時費(fèi)用，又減輕了工人的勞動強(qiáng)度。

3 結(jié)論

焊接是鋼結(jié)構(gòu)制造中的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù),它在很大程度上影響產(chǎn)品的制造周期和成本。近年來，為了進(jìn)一步提高焊接效率，各國在傳統(tǒng)焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展更為高效的弧焊設(shè)備與方法。雖然我國已成為制造大國，但焊接領(lǐng)域與國際先進(jìn)技術(shù)仍有較大差距，我們必須跟蹤國際焊接先進(jìn)水平發(fā)展的動向，使高效焊接成為我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的主題。

Controlling of technology and parameter in electro-gas welding in shipbuilding

XU Xiao-ping
(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology，Wuhan 430050，China)

With shipbuilding field rapidly developing in our country，more and more large-scale locking engineering are expanded.Many shipyards use EGW technology instead of manual welding to weld vertical seam in thick plates.This method is not only improved the quality，but also raised dozens times efficiencies.The paper introduces operation principle，equipment structure of EGW in illustrated diagram.The paper expounds weld quality how influenced by the backing strap forms，technology parameters，weld wires and how to control.

electro-gas welding；locking engineering

TG444+.72；TG448

B

1001-2303(2010)01-0083-03

2009-11-20

許小平(1960—)，男，江蘇南京人，副教授，高級工程師，主要從事焊接教學(xué)方面的工作。